《材料科学基础》实验教学大纲（本科）

《材料科学基础》实验教学大纲课程代码1011139001课程名称（中/英文）:材料科学基础/Fundamentals ofterials Science课程类别专业必修课程课程性质必修课程类型课程实验总学分

4.5总学时72实验/实践学时12适用专业无机非金属材料工程适用对象本科先修课程工程化学、物理化学、高等数学、大学物理开课学院材料科学与工程学院

二、课程简介《材料科学基础》实验是对理论教学的巩固和延伸，通过球体堆积实验、差热分析实验、热重分析实验和淬冷法研究相平衡实验，学生了解了实验原理，实验设备，掌握了实验设备操作通过实验实践教学培养了学生的动手能力，分析问题能力，理论联系实际能力，数据处理能力、合作能力等

三、实验教学目标学生通过实验了解了实验原理，实验设备，掌握了实验设备操作通过实验实践教学培养了学生的动手能力，培养了理论联系实际能力，锻炼了合作能力，提高了学生分析问题能力和数据处理能力等通过本课程实验学习，应达到下列基本要求

（1）具备必要的无机非金属材料工程专业类专业基础知识能将其应用于解决材料生产工艺开发、工艺设计、材料结构和性能改进相关问题；支撑毕业要求

1.3

（2）具备问题分析能力能够应用所学的基本原理对无机非金属材料性能产生影响的生产设备、材料组成与结构等复杂问题进行识别和表达，并结合文献研究分析，以获得结论能够根据无机非金属材料工程专业所学基本原理去研究分析材料生产工艺过程存在的问题及产生原因；支撑毕业要求

2.2

（3）具备设计/开发解决方案能力能够根据特定需求，清晰描述无机非金属材料在制备和生产过程中的复杂工程问题所面临的问题，能识别该任务面临的各项制约条件，分清主次，能够完成综合性设计；支撑毕业要求

2.2

（4）具备初步研究的能力能够运用无机非金属材料工程专业理论与技术手段，能够就某个工程问题进行分析性研究根据实验目的的设计实验内容及步骤，进行实验，记录数据并分析、解决通过对实验过程和实验结果的分析，并通过信息综合得到合理的结论；支撑毕业要求42,

四、实验项目及学时安排实验学每组人序号实验项目名称备注时实验类型实验要求数1晶体结构原子模型的堆垛与分析2综合性必做22差热分析2综合性必做23热重分析4综合性必做24淬冷法研究相平衡4综合性必做2

五、实验内容实验一晶体结构原子模型的堆垛与分析实验实验目的

1.熟悉面心立方、体心立方和密排六方晶体结构中常用晶面、晶向的几何位置、原子排列和密度；

2.熟悉面心立方和密排六方晶体结构中，密排面的堆垛顺序；

3.熟悉三种晶体结构中的四面体间隙和八面体间隙的位置和分布；

4.进一步练习晶面和晶向指数的确定方法实验设备

1.有机玻璃盒或玻璃盒、涂有凡士林油的钢球或乒乓球、医用镣子，每人一套

2.晶体结构模型实验内容及步骤

1.仔细观察所给的晶胞模型，熟悉三种典型金属晶体结构空间原子的排列方法

2.用银子将球一个一个放入盒内，堆垛出面心立方和体心立方晶体的

（100）、

（110）、

（111）晶面上原子的排列

3.逐个分析上述所堆晶面上原子分布特征，画出原子分布，计算晶面密度

4.确定面心立方和体心立方晶体密排面和密排方向，并进行标注

5.在密排面上，用小球堆垛出体心立方、面心立方和密排六方晶体结构

6.借助晶体结构模型，分析体心立方、面心立方间隙位置实验二差热分析实验实验目的

1.了解差热分析的基本原理及仪器装置；

2.学习使用差热分析方法鉴定未知矿物及分析被测试样的结构变化等相关信息实验设备差热分析仪

3.仪器组成差热分析仪由加热炉，试样支撑-测量系统（它包括差热电偶、试样容器、均热板（或块）及支撑杆等部件）、信号放大系统、记录系统组成加热炉依据测量的温度范围不同有低温型（800-100CTC以下），中温型1200℃以下），高温型（1400J600C以下）差热电偶是把材质相同的两个热电偶的相同极连接在一起，另外两个极作为差热电偶的输出极输出差热电势差热分析装置示意图1如所示图1差热分析装置示意图

4.差热测量系统本仪器采用哑铃型平板式差热电偶，它检测到的微伏级信号送入差热放大器进行放大差热放大器为直流放大器，它将微伏级的差热信号放大后，送入记录仪进行采样测量纪录

5.温度测量系统测温热电偶输出的热电势，先经过热电偶冷端补偿器，补偿器的热敏电阻装在差热仪主机内经过冷端补偿的测温电偶热点势经过放大处理后，送入记录仪进行采样测量纪录实验内容及步骤

1.开启电源及水源，整机预热30分钟

2.抬起炉体，装参比物样品及被测样品于热偶板上，放下炉体，开启冷却水注意操作时动作要轻，以免损伤主机及支承杆

3.差热量程置所需量程档，一般常用±100皿档之后置DTA调零键，此时调零指示灯灭，差热放大器进入测量状态

4.开启记录仪电源，将温度记录单元输入开关置调零位置，旋转调零旋钮，使温度记录笔置于记录纸右端线，此端线即为初始端之后将输入开关至于测量为止，温度笔将向左侧移一段距离•（表示室温）旋转差热记录单元调零旋钮，设置差热记录笔初始位置

5.根据不同的升温速度选择记录仪走纸速度一般情况下，10℃/min的升温速度可选6cm/档，可根据不同要求选择合适的走纸速度

6.置所需调温速度，一般情况下，选择10℃/min的升温速度之后置升温键，置加热健，加热指示灯亮，加热炉开始加热，实验开始

7.实验结束之后，先抬起两只记录笔关断加热；关断记录仪电源；差热量程置±1000HV档；置差热调零键抬起加热炉，当加热炉的温度自然降下之后可以放下加热炉，关断水源及电源实验三热重分析实验实验目的

1.掌握热重分析的原理及实验方法

2.熟悉本实验所用仪器设备的性能，操作方法

3.学习使用热重分析方法分析被测物质实验设备1典6钳金实验内容及步骤

1.用粕金丝将用烟悬挂于精密扭力天平钩上，称出吊丝和培烟的重量

2.取下坨烟，加入300mg左右的试样，再称出其重量

3.接通电源，选择炉子以10℃/min升温

4.每隔5分钟称量一次，并记录相应的温度，试样开始失重时，每隔1分钟记录一次，注意记录失重开始和失重结束时的重量及对应的温度

5.实验完毕，切断电源，请教师验收均烟及吊丝实验四淬冷法研究相平衡实验实验目的从热力学角度建立系统状态（物系中相的数目，相的组成及相的含量）和热力学条件（温度，压力，时间等）以及动力学条件（冷却速率等）之间的关系掌握静态法研究相平衡的实验方法之一-淬冷法研究相平衡的实验方法及其优缺点6握浸油试片的制作方法及显微镜的使用，验证Na2O-SiO2系统相图实验设备

1.仪器

（1）立管式电阻炉

（2）可控硅温度

（3）热电偶

（4）水浴盘

（5）伯铭用堪

（6）钳金吊丝

（7）偏光显微镜一套

2.装置如图3所示4图3淬冷法研究相平衡装置实验内容及步骤取少量的试样（

0.01-

0.02克NaSiCh=l2摩尔比）置入德钱用纲内，用钠金丝悬吊于炉膛内，上下均加盖水浴盘内盛上2/3的水，放至炉底，调整好显微镜接通电源，将高温炉升温至800C,保温30分钟，使试样充分达到平衡状态打开高温炉下盖，用镜子取下吊丝连同生烟一并落入水浴盘中淬冷从钳铐用病内取出试样，在研钵内轻砸成粉末（注意不能研磨），制成油浸在偏光显微镜下观察有无晶体析出

六、实验报告格式实验名称

（一）实验目的

（二）实验设备

（三）实验内容及步骤

（四）结果与分析

（五）问题讨论

七、考核实验预习20%+操作60%+实验报告20%,采用五级计分后以15%计入课程总成绩

八、教学资源无机材料科学基础实验指导书。